降雨量液位高视觉测量系统误差分析

为了提高基于机器视觉的液位高度测量系统的精度,采用理论分析和实验验证的方法,对相机与测量对象在不同姿态下的误差种类进行了研究。在简述系统结构与算法原理的基础上,深入研究系统原理、制造、安装、算法、物理现象、以及空间姿态偏差等所产生误差的机理。通过分析并构建降雨量液位高度与测量误差的关系表达式,并进行了实验验证与分析。实验结果表明所提出液位高度测量系统的重复测量精度高于0.1 mm。     

基于粒子滤波和机器视觉的圆形零件尺寸测量

针对现有基于机器视觉的零件尺寸测量方法在图像受到外界噪声干扰的情况时,测量精度不高的问题,提出一种基于粒子滤波优化算法、机器视觉和MATLAB图像处理技术的圆形零件尺寸测量方法.这里首先简要地介绍基于机器视觉的零件尺寸测量系统的工作原理 ;然后在分析粒子滤波原理的基础上提出一种基于粒子滤波的优化算法,并介绍利用这种优化算法解决圆形零件尺寸测量的原理和实现步骤 ;最后进行了仿真实验,仿真实验结果表明:提出的测量方法在零件图像受到外界噪声干扰的情况下,测量精度较高 ;同时还具有可靠性较高的优点.     

金刚石砂轮表面形貌测量系统

为了实现对金刚石砂轮表面形貌的非接触精密测量,开发了基于干涉原理的金刚石砂轮表面形貌专用测量系统,研究了该系统的测量原理和关键技术。根据垂直扫描白光干涉显微测量原理以及被测对象的特征,提出了适用于砂轮测量的方法,研究了系统的自动扫描范围、垂直方向的扫描方法、单次测量三维表面的恢复算法和磨粒的识别算法。结合自行设计的夹具搭建了砂轮测量系统,并对多次测量拼接算法进行了实验分析。实验结果表明:基于区域重合大小(重合度为30%~50%)的拼接算法获得的拼接前后重合区域的相关系数均大于0.8,拼接后重合区域的高度差均小于0.4μm。得到的结果显示所搭建的系统可以恢复砂轮的形貌,其测量范围和精度满足砂轮磨粒评定和分析的要求。     

火炮稳定精度图像测试系统

为了高精度测试火炮稳定精度,建立了基于CCD与标准靶板的图像测试系统。介绍了测试系统的组成结构与工作原理,研究了系统采用的图像预处理、模板匹配、靶标十字中心定位和系统标定等关键算法。为消除分划板十字线对靶板十字识别的干扰,采用了开关中值滤波算法;在选取灰度变换算法提高图像对比度的基础上,分析选取了模板制作与匹配算法;然后,介绍了靶板十字中心的像素级和亚像素级定位;最后,引入基于主动视觉的标定方法确定了系统的像素角分辨率。试验结果表明:提出的系统测试精度优于0.07 mil,满足实际测试需要,实现了带有稳炮功能的现代火炮系统的稳定精度靶场测量。     

基于气动测量原理的零件自动选配系统

本文阐述了实现高精度、宽测量范围、基于气动测量原理的压缩机自动选配系统的工作原理和主要设计方法,介绍了用于提高零件测量精度、扩展气动测量范围和实现智能测量的建立在软硬件基础上的自校准三次测量法、增益可编程控制测量放大器和非线性修正技术的工作原理,给出了部分软件的流程图,并对误差修正前后的测量系统的精度进行分析,用试验进行验证。     

高精度角度自动测量系统

高精度角度自动测量系统采用自准直平行光管将被测角度转换为焦平面上两十字叉丝的相对位移,经ＣＣＤ摄像机和图像采集卡对叉丝图像采集后进入计算机进行识别和处理,并根据图像的特点采用两次拟合的算法得到高精度的角度值。高精度角度自动测量系统具有测量精度高、自动化程度高、稳定性好、适应性强、可同时进行二维角度测量等特点。系统角度测量分辨率达０－０１″,测量精度为０－１″     

基于影像传感器的机械零件检测系统

该检测系统采用影像传感器获取圆形机械零件的图像信号,利用现场可编程门阵列(FPGA)提取边缘信号,并通过DSP采用改进Hough变换算法对其进行处理和识别,分析零件质量,以提高测量的精度和效率.     

视觉技术在圆孔识别定位中的应用

针对某微型产品圆形插孔保持力自动测量需求,提出一种圆孔识别定位视觉技术以适应任意规格产品的柔性测量。首先,利用二值化、形态学操作和粒子分析等算法实现圆孔目标的识别;其次,采用Canny边缘检测算法提取轮廓点,利用去除外围点的最小二乘曲线拟合算法进行圆孔边缘曲线拟合,并获取圆孔中心坐标;最后,通过相机标定、坐标变换实现圆孔中心的精准定位。PLC控制器根据定位坐标控制搬运伺服模组将圆孔顺序移动到插针伺服的正下方,以实现保持力柔性自动测量。实验结果表明:设计的视觉系统能够准确进行圆孔识别与定位,解决了该系列产品保持力柔性自动测量的工程实际问题。     

图元自动数控编程技术的研究

介绍了图元自动数控编程技术的原理。详细阐述了侧面、斜面以及两相邻平面上的图元实现形式,简要介绍了开放式图元库的建立方法。数控机床引入图元自动数控编程技术之后,大大简化了数控编程的繁复程度。     

采用互扫描法自动标定工作空间定位系统

针对工作空间定位系统(wMPS)现有标定技术效率低,标定程序复杂且须依赖外部测量设备等问题,本文在在研究wMPS测量原理的基础上提出了一种采用互扫描技术的自动标定方法。该方法结合该系统的扫描激光平面测量原理及使用特点,通过在基站上安装已知坐标的接收传感器,采用互扫描技术完成自动标定。文中以两台基站为基础,详细阐述了该方法的数学原理,并给出了基于几何约束的平差模型及其迭代解法。依托天津大学研发的wMPS实验平台对本方法进行了验证,并与基准尺标定法进行了比对。实验结果显示,采用本方法可以实现系统的自动标定,在距离基站5m内的测量空间内可获得0.6mm的坐标测量精度。该方法在保证系统测量精度的同时大大提高了系统的测量效率。     

量表精度自动检定仪的研制

对应用图像识别技术进行量表精度检定的测量原理进行了理论分析,研究了成像系统的组成及参数选择、被测物图像的采集、图像的处理及相关算法等,并据此研制了量表精度自动检定系统。实际应用结果表明,该检定仪性能稳定,测量精度较高,可满足工业量表检定的要求。     

“高分二号”上相机和星敏感器相对安装姿态的测量

为了精确测量"高分二号"(GF-2)卫星上相机和星敏感器的相对安装姿态,建立了一套高精度自动化测量系统。针对该系统研究了基于多传感器数据融合的高精度测量算法、基于理论安装数据驱动的自动测量模型、以及基于图像识别的立方镜法线搜索算法。该测量系统主要由二维龙门导轨、精密转台和CCD成像辅助准直的自准直经纬仪构成,通过融合精密转台的转动角度、自准直经纬仪的俯仰角和偏航角等数据计算被测设备安装姿态角度。测量时需先对系统进行标定,制定自动测量规划,然后通过电机驱动使设备自动到达预定位置和角度进行测量。若星上设备安装偏差较大导致被测对象超出自准直经纬仪测量范围时,可启动CCD相机对被测对象局部区域进行搜索识别,并引导自准直经纬仪实现精确准直测量。对测量系统进行了实验验证,结果显示:该系统姿态测量精度可以达到5″,与标准值比对最大偏差为4.1″;该测量系统已用于GF-2卫星的相机和星敏器相对姿态测量中,重复标准差最大为3.5″,满足GF-2对机上设备安装姿态测量精度的需求。     

基于图像识别的动物纤维细度自动测量系统

毛绒纤维细度是确定毛绒品质和使用价值最重要的参数之一.本文介绍了一种动物纤维细度自动测量系统,该系统以图像分析、图像识别为基础,使用计算机自动控制方法,能够快速、简便地完成与纤维细度相关的自动测量和统计等功能,实现测量统计数据及相关图像的方便快捷管理,测量结果客观、准确.本系统的研制成功,填补了国内空白,仪器测量的标准方差σ为±0.135μm、相对误差δ为0.66%、长期测量稳定性为0.112μm,该仪器已通过部级鉴定,其性能指标达到国际先进水平,对打破国外的技术壁垒有着重要意义.随着质量控制与评估对今天的纺织工业的重要性逐渐提高,本系统有着广泛的应用前景.     

基于图像处理的微小孔光学特征识别技术研究

对微小孔的成型结构特点和边缘光学特征进行了研究,提出了一种有效检测微小孔质量的方法。通过中值滤波、灰度阈值变化等图像处理技术,准确地提取了微小孔的边缘,并将最小二乘圆拟合算法、新圆度判定算法和锥度检测算法综合应用于微小孔的几何结构识别过程中。实验结果证明,本方法具有检测结果准确、检测精度高等特点,能够满足微小孔质量检测的要求。     

利用数字图像处理技术测量直齿圆柱齿轮几何尺寸

研究了采用数字图像处理技术实现对直齿圆柱齿轮几何尺寸的非接触式测量.首先对CCD摄像机拍摄的图像进行畸变校正与滤波去噪,然后对图像进行阈值分割,采用基于数学形态法的四邻域腐蚀来获得单像素宽的图像边缘.针对齿轮的边缘轮廓形状特征,运用重心法、最小二乘拟合、Bresenham画圆法和Hough变换等原理,建立了测量齿轮齿数、模数、中心孔半径、齿顶圆半径、齿根圆半径和变位系数等齿轮几何尺寸参数的测量算法.使用1280×1024的CCD摄像机及黑白采集卡对分度圆直径为50mm的直齿圆柱齿轮进行测量实验,与人工测量值对比,绝对误差小于一个像素,在各测量参数中,最大尺寸的齿顶圆半径绝对误差值为13μm.研究结果表明:因为CCD摄像设备的分辨率越高、被测物体的尺寸越小,则测量精度越高,且为线性关系,所以,使用高分辨率CCD摄像设备并配备光学放大系统,可实现对高精度和微小直齿圆柱齿轮几何尺寸参数的测量.如使用1280×1024像素以上的CCD摄像设备测量分度圆直径5mm以下的直齿圆柱齿轮时,测量精度可在2μm以下.     

应用灭点标定的立体视觉自由曲面三维重建

为了实现对自由曲面的三维空间数据的测量与重建,建立了立体视觉自动测量系统,并对该系统的非线性标定及立体图的匹配方法进行了研究.基于灭点理论法进行了系统的非线性标定,采用投射光斑法增加自由曲面的图像特征;提出了一种基于方向和距离约束的分片排列编码方法,对投影光斑进行排列编码.分别在左右图像上根据彩色点的位置关系自动确定一个初始匹配点和4个匹配方向,然后对其余点按照分片排列法进行自动排列编码.对石膏像的面部进行了三维测量和重构实验,实验结果表明:像物尺度比为0.08 mm/pixel时,空间点三维坐标测量的均方差为0.05 mm, 可以达到亚像素级测量精度;基于方向和距离约束的分片排列编码法,可以准确地进行投影点的编码, 并能够快速、有效地实现彩色图像特征点的全自动匹配.     

大尺寸动态视觉测量系统的并行加速

由于现有以大数据量和计算量为基础的大尺寸动态视觉测量系统处理速度较慢,本文建立了一个高速大尺寸动态视觉测量系统,并对该系统涉及的特征点中心定位、编码点识别、相机定向等算法进行了并行化研究。首先,分析了在不同测量条件下各个主要算法的时间消耗情况及每个主要算法的并行性;然后,对常规的特征点中心定位和编码点识别算法做了介绍,分别提出了特征点中心并行快速定位和编码点并行快速识别算法,并详细说明了这两种并行快速算法的实现原理。最后,针对大量原子操作的问题,提出了线程束集体原子操作的优化方法。实验结果表明:在不损失定位精度和识别率的前提下,图像中包含300个点时的并行方案比串行方案的时间开销减少了42%,当点数达到20 000时,时间开销减少91%以上。实验显示提出的并行设计方案有效地提高了处理速度,解决了大尺寸动态视觉测量系统实时性差的问题。     

基于激光三角法原理的轮对几何参数自动检测系统

介绍了一种基于激光三角法原理的轮对几何参数在线自动检测系统。运用CCD摄像机、线激光光源、数字图像采集与处理技术,研制出了一种列车轮对外形几何尺寸高速在线检测系统。经过在上海轨道交通1号线上的实际运用,验证了本系统的可行性与可靠性,实现了对列车轮对直径、轮缘高度、宽度、轮缘角等重要几何参数的测量。     

CCD技术在工业现场钢管长度测量中的应用

本文介绍了一种应用于工业现场的钢管长度自动测量系统,该系统采用CCD摄像头进行图像捕捉,通过软件进行图像处理和长度计算,达到较高的精度。系统构成简单,安装方便,在标定方法上别具一格,减小了测量误差,提高了测量精度。     

大口径精密光学元件表面疵病检测系统研究

根据大口径精密光学元件表面疵病检测的工程特点,提出了一种基于优化模糊相似度算法的案例推理疵病识别法,解决了疵病图像获取中的摄像机平面移动定位、自动调焦和图像拼接等自动检测技术问题,研制了基于机器视觉的大口径精密光学元件表面疵病检测系统.实验结果表明,以上算法和技术是正确的,达到了理想的效果,可推广应用到其他材质的精密表面缺陷检测中.